$a,\ b$は実数とする．関数$f(x)$は，
\[ f(x)=a \sin x+b \cos x+\int_{-\pi}^\pi f(t) \cos t \, dt \]
をみたし，かつ，$-\pi \leqq x \leqq \pi$における最大値は$2 \pi$である．このとき，
\[ \int_{-\pi}^\pi \{f(x)\}^2 \, dx \]
を最小にする$a,\ b$の値と，その最小値を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)関数$\displaystyle y=\log_{\frac{1}{3}} \left( \frac{x}{3} \right) \cdot \log_{\frac{1}{3}}(3x)$を考える．

(i) $t=\log_{\frac{1}{3}}x$とおくとき，$y$を$t$を用いて表せ．
(ii) $\displaystyle \frac{1}{9} \leqq x \leqq 3$のとき，$y$の最大値と最小値を求めよ．

(2)$\displaystyle 0 \leqq x \leqq \frac{\pi}{2}$のとき，関数$y=2 \sin^2 x-\sin x \cos x+3 \cos^2 x$の最大値と最小値を求めよ．

関数$\displaystyle f(x)=\frac{x+2}{x^2+4a}$を考える．ただし，$a$は$1 \leqq a<2$をみたす定数とする．導関数$f^\prime(x)$に対して，$f^\prime(x)=0$となる$x$のうち正のものを$\beta$とする．次の問いに答えよ．

(1)$x \geqq 0$における$f(x)$の増減を調べ，極値を求めよ．
(2)$f(x)=f(a)$をみたす$x$を求めよ．
(3)$\displaystyle a-1<\frac{2a}{2+a}$および$\beta<a$を示せ．
(4)$a-1 \leqq x \leqq a$において，$f(x)$の最小値が$\displaystyle \frac{4}{9}$であるとき，$f(x)$の最大値を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)円$x^2+y^2=1$と放物線$y=x^2+5$との共通の接線のうち，円と第$1$象限で接する接線の方程式を求めよ．
(2)$n \geqq 2$であるような自然数$n$に対して
\[ 1 \cdot 2 \cdot 3+2 \cdot 3 \cdot 4+\cdots +(n-1) \cdot n \cdot (n+1)=(1+2+3+\cdots +n)(2+3+\cdots +n) \]
が成り立つことを示せ．
(3)関数$\displaystyle f(x)=\frac{\cos x}{\sqrt{1+\cos^2 x}} \ \left( -\frac{\pi}{2} \leqq x \leqq \frac{3}{2}\pi \right)$の増減を調べ，最大値と最小値を求めよ．

$y=2(\sin^3x-\cos^3x)-6 \sin x \cos x(\sin x-\cos x-1) \ (0 \leqq x \leqq \pi)$に対して，次の問いに答えよ．

(1)$t=\sin x-\cos x$とおくとき，$t$の範囲を求めよ．
(2)$y$を$t$で表せ．
(3)$y$の最大値と最小値を求めよ．

$\displaystyle f(x)=\cos x+\frac{1}{2}\sin 2x \ (0 \leqq x \leqq 2\pi)$とする．

(1)関数$f(x)$の最大値と最小値，および，それらを与える$x$を求めよ．
(2)曲線$y=f(x)$の変曲点は$4$個あることを示せ．
(3)$\displaystyle 0 \leqq x \leqq \frac{\pi}{2}$において，$2$つの曲線$y=f(x)$と$y=\cos x$で囲まれた図形の面積を求めよ．

次の問いに答えよ．

(1)$2$つのベクトル$\overrightarrow{a}=(2,\ 1)$，$\overrightarrow{b}=(1,\ 3)$のなす角$\theta$を求めよ．
(2)放物線$y=-x^2+4x+8$と$x$軸とで囲まれた図形に内接し，$x$軸上に$2$つの頂点をもつ長方形の面積の最大値を求めよ．
(3)整数$5^{2010}$の桁数を求めよ．ただし，$\log_{10}2=0.3010$とする．
(4)関数$y=\sin x-\cos x+\sqrt{2} \ (0 \leqq x \leqq 2\pi)$の最大値と最小値を求めよ．

$xy$平面上の$2$点$\mathrm{A}(-1,\ 4)$，$\mathrm{B}(2,\ 5)$を通り，直線$y=\displaystyle\frac{1}{2}x$と共有点をもつ円を考える．以下の問に答えよ．

(1)この円の中心$\mathrm{P}$の軌跡を求めよ．
(2)この円の半径$r$の最小値を求めよ．

放物線$y=3x^2-12x (m \leqq x \leqq m+2)$と$3$直線$y=0$，$x=m$，$x=m+2$で囲まれた$2$つの部分の面積の和を$S$とする．ただし，$m$は定数で$2<m<4$とする．このとき，$S$は$m=[テ]+\sqrt{[ト]}$で最小値$[ナ]+[ニ]\sqrt{[ヌ]}$をとる．ただし，$[ヌ]$はできる限り小さい自然数で答えること．

座標平面上で，C$_1$，C$_2$，C$_3$を，それぞれ，中心が$(0,\ 0),\ (3,\ 0),\ (5,\ 0)$，半径が$2,\ 1,\ 1$である円周とする．点Pは点$(2,\ 0)$を出発点とし，円周C$_1$上を反時計回りに等速で$2a$秒で一周する．点Qは点$(4,\ 0)$を出発点とし，先ず円周C$_2$上を反時計回りに等速で$a$秒で一周し，続いて円周C$_3$上を時計回りに等速で$a$秒で一周する．\\
\quad 点P，Qが同時に出発するとき，線分PQの長さの最大値と最小値を求めよ．
\quad ただし，$a$は正の定数である．